第4章混凝土框架結構4.1多高層混凝土結構概述4.1.1結構類型鋼筋混凝土:承載力和剛度大、耐久性和耐火性好、可模性好。應用廣泛。型鋼混凝土、鋼管混凝土：具有鋼結構和混凝土結構的優點。混合結構：由鋼（或型鋼混凝土、鋼管混凝土）框架與鋼筋混凝土筒體（或剪力墻）組成的高層建筑結構。上海環球金融中心上海環球金融中心是位于中國上海陸家嘴的一棟摩天大樓，2008年8月29日竣工。樓高492米，地上101層，是目前中國第八高樓（截至2014年）、世界最高的平頂式大樓。上海環球金融中心建筑平面圖：LowerFloorMax.12TenantsHigherFloorMax.14Tenants4.1多高層混凝土結構概述4.1.2結構體系框架體系剪力墻體系筒體體系組合體系框架結構1、什么是框架結構？2、框架結構的優點？3、框架結構的缺點？由梁柱組成的結構平面布置靈活側向變形大，致使非結構構件破壞嚴重；不能建造較高的建筑。15-20層為宜。異形柱框架結構360040008000800066000300036000300066000800080004000360070000785078502300剪力墻結構什么是剪力墻結構？剪力墻結構的優點？剪力墻結構的缺點？如何克服剪力墻結構的缺點，擴大其使用范圍？利用混凝土墻體作為承受豎向荷載和抵抗水平荷載的結構。整體性好，剛度大，側向變形小。布置不靈活，結構自重大。底部大空間（設轉換層)；跳層剪力墻。不同形式剪力墻結構框架-剪力墻結構（框架-筒體結構）注意的問題：1、剪力墻的數量2、剪力墻的布置及間距。筒體：1.實腹筒組成構件:由剪力墻圍合而成的固定在基礎上的懸臂箱形梁2.框筒組成構件:由密排柱和剛度很大的窗群梁形成的密柱深梁框架圍合而成的筒體

3.桁架筒組成構件:由筒的四壁做成桁架,就形成桁架筒

香港中銀大廈組成構件:由實腹筒組成內部核心筒,外框筒或桁架筒組成圖例：深圳國貿中心大廈成束筒:

組成構件:兩個以上框筒（或其他筒體）排成一起成束狀，稱為成束筒.圖例：西爾斯大樓

優點：具有很好的空間

整體作用和抗風抗震性

能，建筑布置靈活，能

提供較大的可自由分隔

的空間，適用于超高層

（30層以上或100米以上）

的辦公樓、旅館、綜合樓

等建筑。

4.1多高層混凝土結構概述4.1.3結構總體布置建筑平面力求簡單、規則、對稱。豎向布置：結構的側向剛度和承載力自下而上逐漸減小、變化均勻、連續、不突變。4.1多高層混凝土結構概述4.1.4結構分析方法1.精細分析方法空間桿系計算模型空間組合結構計算模型2.簡化分析方法平面協同計算模型空間協同計算模型4.1多高層混凝土結構概述4.1.5結構設計要求承載力、剛度、延性、整體性、穩定性4.2框架結構的結構布置結構布置包括平面布置和豎向布置結構平面布置主要進行柱網布置和選擇結構承重方案。4.2框架結構的結構布置民用建筑：小柱網：3.3m、3.6m、4.0m、4.2m、4.5m大柱網：6.0m、6.6m、7.2m、7.5m跨度：4.8m、5.4m、6.0m、6.6m、7.2m、7.5m層高：2.8m~4.8m4.2.1柱網和層高4.2框架結構的結構布置橫向框架承重方案縱向框架承重方案縱橫向框架混合承重方案4.2.2框架結構承重方案（1）橫向框架承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的橫向布置。沿房屋的縱向設置板和連系梁，見圖4-15（a）。圖4-15（a）框架結構圖（2）縱向框架承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱向布置。沿房屋的橫向設置板和連系梁，見圖4-15（b）。圖4-15（b）框架結構圖（3）縱橫向框架混合承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱、橫向布置，見圖4-15（c）。圖4-15（c）框架結構圖4.2.3梁柱相交位置1、梁、柱軸線宜重合。2、偏心時，梁、柱中心線之間的偏心距不宜大于柱在該方面寬度的1/4。3、若不滿足，增設梁的水平加腋。4.2.4結構縫的設置在初步設計階段，確定結構方案，進行結構平面布置時，除了要考慮梁、柱、墻等結構構件的布置外，還要考慮是否要設置變形縫。用變形縫將房屋分成若干獨立的部分，可以消除結構不規則、收縮和溫度應力、不均勻沉降對結構的有害影響。變形縫有沉降縫、伸縮縫、防震縫、構造縫、防連續倒塌的分隔縫等。為防止地基不均勻或房屋層數和高度相差很大引起房屋開裂而設的縫稱為沉降縫。沉降縫不但上部結構要斷開，基礎也要斷開。抗震設防的結構，沉降縫的寬度應符合防震縫最小寬度的要求。1.沉降縫在建筑物的下列部位宜設置沉降縫：①土層變化較大處；②地基基礎處理方法不同處；③房屋在高度、重量、剛度有較大變化處；④建筑平面的轉折處；⑤新建部分與原有建筑的交界處。沉降縫由于是從基礎斷開，縫兩側相鄰框架的距離可能較大，給使用帶來不便，此時可利用挑梁或擱置預制梁、板的方法進行建筑上的閉合處理。(a)設挑梁（板）；(b)設預制板（梁）沉降縫的處理：設置沉降縫后，上部結構應在縫的兩側分別布置抗側力結構，形成所謂雙梁、雙柱和雙墻的現象。但將導致其他問題，如建筑立面處理困難、地下室滲漏不容易解決等。一般地，建筑物各部分不均勻沉降差大體上有三種方法來處理：①放——設沉降縫，讓各部分自由沉降，互不影響，避免出現由于不均勻沉降時產生的內力。采用“放”的方法在結構設計時比較方便，但將導致建筑、設備、施工各方面的困難。

②抗——采用端承樁或利用剛度很大的基礎。前者由堅硬的基巖或砂卵石層來盡可能避免顯著的沉降差；后者則用基礎本身的剛度來抵抗沉降差。采用“抗”的方法不設縫，基礎材料用量多，不經濟。③調——在設計與施工中采取措施，調整各部分沉降，減少其差異，降低由沉降差產生的內力。采用“調”的方法，采用介于兩者之間的辦法，調整各部分沉降差，在施工過程中留出后澆帶作為臨時沉降縫，等到各部分結構沉降基本穩定后再連為整體。通常有以下“調”的方法不設永久性沉降縫：①調整地基上壓力:主樓和裙房采用不同的基礎形式,使各部分沉降基本均勻一致，減少沉降差；②調整施工順序:施工先主樓，后裙房；主樓工期較長、沉降大，待主樓基本建成，沉降基本穩定后，再施工裙房，使后期沉降基本相近。③預留沉降差:地基承載力較高、有較多的沉降觀測資料、沉降值計算較為可靠時，主樓標高定得稍高，裙房標高定得稍低，預留兩者沉降差，使最后兩者實際標高一致。混凝土收縮和溫度應力常常會使混凝土結構產生裂縫。為了避免收縮裂縫和溫度裂縫，房屋建筑可以設置伸縮縫。在建筑中，頂層和底層溫度應力問題比較嚴重，容易出現裂縫。伸縮縫只設在上部結構，基礎可不設伸縮縫。鋼筋混凝土框架結構的伸縮縫最大間距見下表。2.伸縮縫環境條件框架類別室內或土中（m）露天（m）裝配式7550現澆式5535當建筑物平面復雜或房屋各部分剛度、高度和重量相差懸殊時，在地震作用下薄弱部位容易造成震害。處理的措施一種是加強各部分的連接，使整個結構整體性很強。另一種是設置防震縫，將房屋劃分成簡單規則的形態，使每部分成為獨立的抗震單元。故在抗震設計時，建筑物各部分之間的關系應明確：如分開，則徹底分開；如相連，連接牢固。3.防震縫4.3.1框架梁、柱截面尺寸框架主梁，其截面形式在全現澆的整體式框架中以T形為多；在裝配式框架中可做成矩形、T形、梯形和花籃形等。框架柱的截面形式一般為矩形或正方形。1.梁、柱截面的形狀§4.3框架結構的計算簡圖框架橫梁截面形式2.梁、柱截面尺寸（1）框架梁梁截面尺寸可參考受彎構件來初步確定。梁高hb一般可取(1/8-1/12)lb(lb為梁的計算跨度），梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。梁的寬度bb=(1/2-1/3)hb，一般不宜小于200mm。選擇梁截面尺寸還應符合規定的模數要求。

梁、柱截面尺寸應根據承載力、剛度及延性要求確定。初步設計時需事先估算。(2)框架柱截面尺寸估算框架柱截面常常采用正方形或矩形，有時也采用正多邊形、圓形和工字形。柱截面尺寸應考慮以下要求：A、截面高度h不宜小于250mm，圓柱截面直徑不宜小于350mm;B、柱凈高與截面高度h之比宜大于4，在有抗震設計要求時不得小于3；C、矩形柱的截面高度與寬度之比不宜大于3；D、柱截面的寬度一般取為(1／15～1／10)層高，高度一般取為(1～2)柱的寬度;由于柱承受的軸壓力較大，還必須滿足軸壓比限制的要求，實驗表明變形能力隨軸壓比增大而急劇降低。軸壓比：柱組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土抗壓強度設計值乘積之比，即式中：N為組合軸壓力設計值；

b、h為截面的短長邊；

fc為混凝土抗壓強度設計值。軸壓比限值，它是控制偏心受拉邊鋼筋先到抗拉強度，還是受壓區混凝土先達到其極限壓應變的主要指標。非抗震設計：抗震設計：一級抗震設防：二級抗震設防：三級抗震設防：q為折算在建筑面積上均布豎向荷載（結構自重和活荷載）及填充墻重量。n為結構層數C為柱軸壓力放大系數：等跨內柱取1.2，不等跨內柱取1.25，邊柱取1.3.F為柱承受荷載的從屬面積。

3.梁截面的慣性矩框架結構內力和位移計算中，需要計算梁的抗彎剛度，在初步確定梁的截面尺寸后，可按材料力學方法計算梁截面慣性矩。由于樓板作為框架梁的翼緣參與工作，使得梁的剛度有所提高，為了簡化計算，作如下規定：框架結構的剛度取值（1）對現澆樓面的整體框架，中部框架梁I=2I0；邊框架梁I=1.5I0。其中I0為矩形截面梁的慣性矩（圖3.8(a))。4.3.2框架結構計算簡圖框架結構是由橫向框架和縱向框架組成的空間結構。為了簡化計算，通常忽略它們之間的空間聯系，而將空間結構體系簡化為橫向和縱向平面框架計算，并取出單獨的一榀框架作為計算單元，該單元承受的荷載如圖4-19中陰影部分所示。圖4-19框架的計算單元框架結構的計算簡圖4.3.3框架結構上的荷載注意：樓面活荷載設計樓板時直接取用計算梁、柱、墻時乘以折減系數4.4豎向荷載作用下框架結構內力的近似計算4.4.1分層法4.4.2彎矩二次分配法4.4.3系數法4.5水平荷載作用下框架結構內力和側移的近似計算4.5.1受力及變形特點4.5.2D值法4.5.3反彎點法4.5.4門架法§4.6荷載效應組合及構件設計框架在求出內力以后，要通過內力組合求出梁、柱控制截面的最不利內力，然后進行截面配筋計算及構造設計。框架梁按照受彎構件設計，框架柱按照壓彎構件設計。§4.6荷載效應組合及構件設計1、控制截面及最不利內力對于框架橫梁，其控制截面通常是兩個支座截面及跨中截面。梁支座截面是最大負彎矩及最大剪力作用的截面，在水平荷載作用下可能出現正彎矩；而跨中控制截面常常是最大正彎矩作用的截面。在組合前應經過換算求得柱邊截面的彎矩和剪力。柱的控制截面為柱的上、下兩個端截面。柱的最不利內力可歸納為以下四種類型：（1）|M|max及相應的N、V；（2）Nmax及相應的M、V；（3）Nmin及相應的M、V。（4）|V|max及相應的N。梁端控制截面彎矩及剪力2、樓面活荷載的最不利布置作用于框架結構上的豎向荷載包括恒荷載和活荷載。恒荷載是長期作用在結構上的荷載，任何時候必須全部考慮。在計算內力時，恒荷載必須滿布。但是活荷載卻不同，它有時作用，有時不作用。各種不同的布置就會產生不同的內力，因此應該由最不利布置方式計算內力，以求得截面最不利內力。可以不考慮活荷載不利布置，與恒荷載一樣均按滿布方式計算內力，從而使計算工作量大為減少。永久荷載分布